DE1690549A1 - Einrichtung zur Bestimmung des Betriebszustandes eines elektrischen Lichtbogenofens - Google Patents

Description

12, Feb. 1968

Allegheny Ludlum Steel Corporation

Einrichtung zur Bestimmung dee Betriebszuetandea eines elektrischen Lichtbogenofens

Die Leistungskennlinien eines elektrischen Dreiphasen-Lichtbogenofene sind derart beschaffen, daß mit wachsendem Strom die Lichtbogenleistung bis zu einem Höchstwert ansteigt und dann mit weiter zunehmendem Lichtbogenstrom abfällt. Dadurch wird es möglich, für einen bestimmten liiert der Lichtbogenleistung den elektrischen Lichtbogenofen mit zwei Uferten des Lichtbogenstromes arbeiten zu lassen. Bei der Einstellung oder Regelung der Elektroden ist 88 erwünscht, genau zu wissen, in welchem Arbeitspunkt der Ofen arbeitet. Normalerweise ist es (| zweckmäßiger, so zu arbeiten, daß ein Anwachsen des Lichtbogenstroms zu einem entsprechenden Anstieg der Lichtbogenleistung bis zu dem Punkt der höchsten Lichtbogenleistung führt. Ein Arbeiten jenseits dieses Bereiches hat einen niedrigeren Wirkungsgrad zur Folge und bedingt, daß Leistung verlorengeht und ein entsprechender wirtschaftlicher Verlust eintritt. Bei gewissen Schmelzvorgängen kann es jedoch erwünscht sein, auf einem beliebigen Punkt der die Uchtbogenschmelzleistung in Abhängigkeit vom Strom darstellenden Kurve zu arbeiten. Das

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Grundproblem bestand dabei bisher in der Ermittlung des Arbeitspunktes, um danach die Lage der Elektroden einzustellen. Der Erfindungsgegenstand kann beispielsweise in Verbindung mit der in der deutschen Patentanmeldung^ 57 455 yiIId/21 hjoffenbarten Regeleinrichtung für elektrische Lichtbogenofen benutzt werden.

Der Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zu Grunde, eine neuartige und verbesserte Einrichtung zur Bestimmung des Arbeitspunktes eines Lichtbogenofens zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer neuartigen und verbesserten Einrichtung, die es erlaubt, den Arbeitspunkt des Ofens auf der die Lichtbogenschmelzleistung in Abhängigkeit vom Lichtbogenstrom darstellenden Kurve zu ermitteln, ohne daß die tatsächlichen Gfenkennwerte bekannt sein müssen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer neu-■ artigen und verbesserten Einrichtung zur Bestimmung des Betriebszustandes eines Lichtbogenofens, bei der Zeitableitungen der Lichtbogenleistung und des Lichtbogenstromes gebildet werden.

Mit der Erfindung soll ferner eine neuartige und verbesserte Einrichtung geschaffen werden, bei der Zeitableitungen der Lichtbogenleistung und des Lichtbogenstromes ausgenutzt werden, um festzustellen, ob die Lichtbogenleistung ansteigt oder abnimmt, wenn der Lichtbogenstrom anwächst oder fällt.

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Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zu Grund, eine neuartige und verbesserte Einrichtung zur selbsttätigen Bestimmung des Betriebszustandes eines elektrischen Lichtbogenofens zu schaffen, bei der die vorgenannten Zeitableitungen zur Aussteuerung von bistabilen Einheiten benutzt werden.

Mit der Erfindung werden die oben genannten Aufgaben dadurch gelöst, daß Einrichtungen vorgesehen werden, die ein erstes oder ein zweites Signal, das kennzeichnend für das Ansteigen oder Abnehmen der Zeitableitung der Leistung ist, und ein drittes oder viertes Signal erzeugen, das kennzeichnend für das Anwachsen oder Abnehmen der Zeitableitung des Stromes ist, und daß ferner eine Einrichtung zum V/ergleichen des Vorhandenseins eines oder mehrerer dieser Signale und eine Einrichtung vorhanden sind, die den Arbeitspunkt durch einen Vergleich der vorliegenden Signale ermitteln. Wenn die zur Leistungsmessung vorgesehene Anordnung mit einer Zeitverzögerung arbeitet, ist der der Bildung der Zeitableitung des Stromes dienende Stromkreis ebenfalls mit einer Zeitverzögerungseinrichtung ausgestattet, um die im Leistungskreis auftretenden Zeitverzögerungen derart zu simulieren, daß die den beiden Zeitableitungskreisen zugeführten elektrischen Signale in Phase sind.

Weitere Ziele, merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.

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Es zeigen:

Figur 1 ein achematiaches Schaltbild der Einrichtung nach der Erfindung,

Figur 2 eine graphische Darstellung der elektrischen Kennlinien eines typischen Elektro-Lichtbogenofens,

Figuren 3a bei Zusammenfügen entsprechend Figur 3c schematische ^u Schaltbilder der Zeitableitungsschaltungen nach der

Erfindung,

Figur 3d schematisch die Vorspannungswicklungen für die bistabilen Einheiten der Figuren 3a und 3b, und

Figur 4 ein schematisches Schaltbild der der Anordnung

nach den Figuren 3a und 3b zugeordneten Entschlüsselungematrix.

Figur 1 veranschaulicht einen Ofen 10, in dem drei Elektroden 12, 14 und 16 aufgehängt sind, von denen jede über einen Leiter 18, 20 bzw. 22 mit einer Stromquelle 24 in Form eines Dreiphasentransformator elektrisch verbunden ist. Die Stromquelle liegt über einen Leiter 26 an Riasse, während der Ofen 10 über einen Leiter 28 an Masse gelegt ist. Für jede Elektrode ist ein eigener Antriebsmotor 30 vorgesehen, der zum Antrieb der Elektrode mechanisch an diese angekoppelt ist (nur einer dieser fflotore ist gezeigt).

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Da die elektrische Schaltung für jede Phase und damit für jede Elektrode gleich aufgebaut ist, zeigt Figur 1 die Schaltungsanordnung nur für eine Elektrode, und zwar die Elektrode 16. Um ein Stromeignal zu gewinnen, ist ein Stromwandler 32 mit dem Leiter 22 der Elektrode 16 induktiv gekoppelt. Um ein der Licht— bogenspannung proportionales Spannungssignal zu erhalten, ist ein Leiter 34 dicht benachbart der Elektrode 16 mit dem Leiter elektrisch verbunden, während ein zweiter Leiter 36, der die Null—Spannung aufnimmt, an den Ofen 10 elektrisch angeschlossen m iat. Zur Auswertung des Lichtbogenstromsignals und des Lichtbogen8pannungssignais sind ein Leistungswandler 38 für die messung der Lichtbogenleistung und ein Stromwandler 40 vorhanden, der ein dem Lichtbogenstrom proportionales Signal liefert.

Das Ausgangssignal des Leistungswandlers wird einer Leistungs-Zeitableitungeschaltung 42 zugeführt, während das Ausgangssignal des Stromwandlers einer Strom-Zeitableitungsschaltung 44 zugeleitet wird. Oie Leistungs-Zeitableitungsschaltung 42 liefert in Abhängigkeit von dem Verhalten der Lichtbogenleistung innerhalb einer bestimmten Zeitspanne, d. h. abhängig davon, ob die Leistung ansteigt oder fällt, ein erstes Signal oder ein zweites Signal. In ähnlicher Weise gibt die Strom-Zeitableitungsschaltung 44 ein Ausgangssignal der einen oder der anderen Polarität ab, je nachdem ob der Lichtbogenstrom während einer vorgegebenen Zeitspanne ansteigt oder abnimmt. Tritt in beiden Zeitableitungsschaltungen keine Änderung auf, wird kein Ausgangssignal erhalten. Die Ausgangseignale der Zaitableitungsschaltungen 42 und 44

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werden in einer Entschlüsselungsmatrix 46 verglichen, um an einem Anzeigegerät 48 eine Anzeige für den Betriebszustand des Lichtbogenofens zu bekommen. Falls die Signale von beiden Zeitableitungsschaltungen die gleiche Polarität haben, dann wird festgestellt, daß der Ofen in dem in Figur 2 mit HPF (hoher Leistungsfaktor) bezeichneten Bereich arbeitet. Falls die Stromzeitableitung eine bestimmte Größe hat und die Leistungszeitableitung nahezu gleich Null ist, dann wird festgestellt, daß nahe dem Punkt für maximale Leistung (MP in Figur 2) gearbeitet wird. Wenn die Signale entgegengesetzte Polarität besitzen, dann arbeitet der Ofen in dem in Figur 2 mit LPF (niedriger Leistungsfaktor) bezeichneten Bereich. Am Punkt 52 der Kurve 50 nach Figur 2 kann keine Bestimmung des Arbeitspunktes erfolgen, wenn die Stromzeitableitung nahezu gleich Null ist.

Figur 2 zeigt graphisch die elektrischen Arbeitskennlinien eines typischen Lichtbogenofens, wobei der Strom in der waagrechten Achse und der Leistungsfaktor in der lotrechten Achse aufgetragen sind. Die Kurve 50 veranschaulicht die Lichtbogenleistung in Abhängigkeit von dem Lichtbogenstrom. Die Kurve 54 stellt die dem Ofen zugeführte Eingangsleistung in Abhängigkeit vom Lichtbogenstrom dar, während die Kurve 56 die Abhängigkeit des Leistungsfaktors vom Strom veranschaulicht.

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pas in den Figuren 3a, 3b und 3d gezeigte schematische Schaltbild entspricht dem Prinzipschaltbild nach Figur 1. Der Leistungeuiandlar 38 nach Figur 1 ist in Form eines Thermowandlers 58 und eines Leietungsschreibers 60 dargestellt. Der Thermowandler 58 nimmt ein der Lichtbogenspannung proportionales Signal von einem Transformator 62 auf, der die Lichtbogeneingangsspannung an Klemmen 64 dee Thermowandlers 58 anlegt. Ein Lichtbogenstromsignal wird vom Stromwandler 32 an die Klemmen 66 des Thermowandlers 58 gegeben. Dieses Stromsignal ^i wird außerdem den Klemmen 68 eines Stromwandlers 70 zugeführt» Das Ausgangssignal des Thermowandlers 58 ist der Lichtbogenschmelzleistung der Elektrode 16 des Ofens 10 proportional. Dieses Leistungssignal wird an Klemmen 72 des Leistungsschrei— bers 60 angelegt. Der Leistungsschreiber 60 besitzt einen Schleifdrahtwiderstand 74 mit einem verstellbaren Abgriff 76, der entsprechend dem Leistungseingangssignal an den Klemmen verschoben wird. Die gegenüberliegenden Enden des Schleifdrahtwideretandee sind an Klemmen 78 und 80 angeschlossen, während ~ der verstellbare Abgriff r76 mit einer Klemme 82 verbunden ist. ^ Die Klemme 80 ist ferner mit Klasse verbunden, mährend die Klemme 78 über einen Strombegrenzungswiderstand 84 an eine positive Gleichspannungsquelle 86 angeschlossen ist. Zwischen die Klemme 82 und Masse ist eine Reihenschaltung aus einem Widerstand 88 und einem Kondensator 90 geschaltet. Parallel zu dem auf diese lUeise gebildeten RC-Kreis liegt ein zweiter RC-Kreis_f der aus einem Widerstand 92 und einem Kondensator besteht. Die Kondensatoren 90 und 94 haben den gleichen Wert,

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während der Widerstand 92 ungefähr den doppelten Widerstands— wert des Ulideretandes 88 hat. Dies stellt jedoch kein Zwangsmerkmal dar, da es nur darauf ankommt, daß sich, aus Gründen, die im folgenden noch näher erläutert sind, die Zeitkonstante des einen RC-Kreiees von der Zeitkonstante des anderen RC-Kreiees unterscheidet.

Es sind zwei bistabile Einheiten 96 und 98 vorgesehen, die beide im wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut sind und arbeiten. Die bistabile Einheit 96 weist eine erste Steuerwicklung 100 und eine zweite, gleiche Steuerwicklung 102 auf. In ähnlicher Weise ist die bistabile Einheit 98 mit einander gleichen Steuerwicklungen 104 und 106 versehen. Die Steuerwicklungen 100 und der bistabilen Einheiten 96 und 98 sind in Reihe und gegeneinander geschaltet. In ähnlicher Weise sind die Steueruiicklungen 102 und 106 in Reihe und gegeneinander geschaltet.

Die Basis eines Transistors 108 ist an einen zwischen den Widerstand 88 und dem Kondensator 90 liegenden Punkt angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 108 ist mit der Gleichspannungsquelle 86 verbunden, während der Emitter mit der Basis eines zweiten Transistors 110 in Verbindung steht. Die von den Steuerwicklungen 100 und 104 gebildete Reihenschaltung liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 110 und der Gleichspannungsquelle 86. Der Emitter dee Transistors 110 ist über einen Widerstand an eine negative Gleichspannungsquelle 114 angeschlossen.

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Die Basis eines dritten Transistors 116 ist an einen zwischen dem Uliderstand 92 und dem Kondensator 94 liegenden Punkt angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 116 ist mit der Gleichspannungsquelle 86 verbunden, während der Emitter an einen vierten Tranaistor 118 angeschlossen ist. Die von den Steuerwicklungen 102 und 106 der bistabilen Einheiten 96 und 98 gebildete Reihenschaltung liegt zwischen der Gleichspannungsquelle 86 und dem Kollektor des Transistors 118. Der Emitter des Transistors 118 ist über einen iiderstand 120 an die negative Gleichspannungequelle 114 angeschlossen. Der Emitter des Transistors 118 ist über einen Widerstand 122 mit dem Emitter des Transistors 110 verbunden. Ein Iflikroamperemeter 124 mit in Skalenmitte liegendem Nullpunkt kann in Verbindung mit dem Understand 122 vorgesehen sein, um eine Unsymmetrie der Schaltung festzustellen.

Die gesamten Amperewindungen der Steuerwicklung 100 sind den Amperewindungen der Steuerwicklung 102 derselben bistabilen Einheit 96 entgegengerichtet. In ähnlicher Uieiss sind die W

Amperewindungen der Steuerwicklung 104 den Amperewindungen der Steuerwicklung 106 der bistabilen Einheit 98 entgegengerichtet. Bei den Transistoren 108, 110, 116 und 118 handelt es sich um npn-Transistoren.

Eine zweite Zeitableitungsschaltung ist für den mittels des Stromwandlers 70 erfaßten Lichtbogenstrom vorgesehen. Eine der Ausgangsklemmen 126 des Stromwandlers 70 liegt unmittelbar an Iflasse, während die andere Klemme mit einem Leiter 128 ver-

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bunden ist. Ein Kondensator 132 liegt zwischen einem mit Masse verbundenen Leiter 130 und dem Leiter 128. Uliderstände 134 und 136 sind in Reihe zwischen die Leiter 128 und 130 geschaltet. Mit einem zwischen den Widerständen 134 und 136 liegenden Punkt ist das eine Ende eines Widerstandes 138 verbunden, dessen anderes Ende über einen Kondensator 140 mit dem fllasseleiter 130 in Verbindung steht. Parallel zu dem Kondensator 140 liegt ein Widerstand 142.

Die Widerstände 134, 136, 138 und 142 bilden zusammen mit den Kondensatoren 132 und 140 eine Zeitverzögerungsschaltung, deren Zweck weiter unten erläutert ist. Parallel zu dem Widerstand liegt eine aus einem Widerstand 144 und einem Kondensator 146 bestehende Serienschaltung. Parallel zu dem auf diese Weise gebildeten RC-Kreis liegt ein zweiter RC-Kreis, der aus einem Widerstand 148 und einem Kondensator 150 besteht. Die Kondensatoren 146 und 148 haben den gleichen Wert, während der Widerstand 148 ungefähr den zweifachen Wideratandsiuert des Widerstandes 144 besitzt. Wie oben in Verbindung mit der ersten Zeitableitungsschaltung ausgeführt ist, kommt es jedoch im wesentlichen nur darauf an, daß die Zeitkonstante des einen RC-Kreieee sich von der Zeitkonstanten des anderen RC-Kreisas unterscheidet.

Ee sind zwei weitere bistabile Einheiten 152 und 154 vorgesehen, die im wesentlichere in gleicher Weise aufgebaut sind und arbeiten. Die bistabile Einheit 152 besitzt eine erste Steuerwick-

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lung 156 und eine zweite, gleiche Steuerwicklung 158. In ähnlicher Weise iat die bistabile Einheit 154 mit zwei untereinander gleichen Steuerwicklungen 160 und 162 ausgestattet. Die Steuerwicklungen 156 und 160 der bistabilen Einheiten 152 bzw. 154 sind in Reihe und gegeneinandargeschaltet. In ähnlicher Weise sind auch die Steuerwicklungen 158 und 162 in Reihe und gegeneinandergeschaltet.

Die Basis eines Transistors 164 ist an eine zwischen dem Wider- — stand 144 und dem Kondensator 146 liegende Stelle angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 164 steht mit einer Gleichspannungequelle 168 in Verbindung, während der Emitter dieses Transistors mit der Basis eines zweiten Transistors 166 verbunden ist. Die von den Steuerwicklungen 156 und 160 gebildete Reihenschaltung ist zwischen den Kollektor des Transistors 166 und die Gleichspannungsquelle 168 geschaltet. Der Emitter des Transistors ist über einen Widerstand 170 mit einer negativen Gleichspannungsquelle 172 verbunden.

Die Basis eines dritten Transistors 174 ist an einen zwischen dem Widerstand 148 und dem Kondensator 150 liegenden Punkt angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 174 ist mit der Gleichspannungsquelle 168 verbunden, während der Emitter dieses Transistors an einen vierten Transistor 176 angeschlossen ist. Die von den Steueriuicklungen 158 und 162 gebildete Reihenschaltung liegt zwischen der Gleichspannungsquelle 168 und dem Kollektor des Transistors 176. Der Emitter des Transistors 176 ist über

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einen Widerstand 178 an die negative Gleichspannungsquelle angeschlossen. Der Emitter des Transistors 176 ist über einen Widerstand 180 mit den Emitter des Transistors 166 verbunden. Ein fllikroamperemeter 182 mit in Skalenmitte liegendem Nullpunkt kann in Verbindung Mit dem Widerstand 180 vorgesehen sein, um eine Unsymmetrie der Schaltung festzustellen.

Die gesamten Amperewindungen der Steuerwicklung 156 sind den Amperewindungen der Steuerwicklung 158 derselben bistabilen Einheit 152 entgegengerichtet. In ähnlicher Weise sind die Ampereuiindungen der Steuerwicklung 160 den Amperewindungen der Steuerwicklung 162 der bistabilen Einheit 154 entgegengerichtet. Die Transistoren 164, 166, 174 und 176 sind npn-Transistoren.

Entsprechend Figur 3d ist sine Gleichspannungsquelle 184 an einen Leiter 186 angeschlossen. Zwischen dem Leiter 166 und einem fflasseleiter 188 liegen Uliderstände 190, 192, 194 und 196. Jeder dieser Widerstände ist mit einem verstellbaren Abgriff versehen und dient als Spannungsteiler. Beispielsweise ist der verstellbare Abgriff des Widerstands 190 über einen Strombegrenzungswiderstand 200 und eine Steuerwicklung 198 mit dem niasseleiter 188 verbunden. In ähnlicher Weise liegt eine Steuerwicklung 202 in Reihe mit einem Widerstand 204, liegt eine Steuerwicklung 206 in Reihe mit einem Widerstand 208 und liegt eine Steuerwicklung 210 in Reihe mit einem Strombegrenzungswiderstand 212. Jede der Steuerwicklungen gibt einen Arbeitepunkt für die jeweils zugeordnete bistabile Einheit vor. So wird

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die Steuerwicklung 198 in Verbindung mit der bistabilen Einheit 96, die Steuerwicklung 202 in Verbindung mit der bistabilen Einheit 98, die Steuerwicklung 206 in Verbindung mit der bistabilen Einheit 152 und die Steuerwicklung 210 in Verbindung mit der bistabilen Einheit 154 benutzt.

Erfindungsgemäfl sind eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signale, dessen Amplitude proportional der Lichtbogenschmelzleistung ist, und eine zweite Einrichtung zur Erzeugung eines Signals vorge- ^ sehen, dessen Amplitude proportional dem Lichtbogenstrom ist. Die Leistungssignaleinrichtung umfaßt den Thermowandler 58 und den Leistungeschreiber 60, während die Stromsignaleinrichtung den Stromwandler 70 aufweist. Uienn die Leistung einen bestimmten lert hat, liegt ein Signal vor, das proportional dem zu diesem Zeitpunkt vorherrschenden Leistungspegel ist. Dieses Signal erscheint an der Basis des Transistors 116. Im eingeschwungenan Zustand tritt das gleiche Signal an der Basis des Transistors auf, wobei beide Signale durch eine gleichbleibende Spannung dargestellt werden. Bei einer Zunahme der Leistung wird der ver- % stellbare Abgriff 76 des Schleifdrahtwiderstandes 74 innerhalb des Leistungeechreiber 60 in der durch den Pfeil angedeuteten Weise nach oben verschoben. Dadurch wird die Spannung andder Klemme 82 des Leistungsschreibers 60 sofort erhöht, weil der Schleifdrahtwiderstand 74 als ein in Reihe mit dem Strombegrenzungswiderstand 84 liegender Spannungsteiler wirkt. Der Strombegrenzungewiderstand 84 verhindert eine unmittelbare Kopplung der betriffenden RC-Kreise mit der Gleichepannungequelle. Uienn

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die Spannung an der Klemme 82 ansteigt, steigen die Spannungs- · werte an den Basen der Transistoren 116 und 108 entsprechend an. Infolge der Ufiderstandewerte der RC-Kreise nimmt jedoch die Spannung an der Basis des Transistors 116 langsamer als die Spannung an der Basis des Transistors 108 zu. Die Spannung an der Basis des Transistors 116 stellt also einen langzeitigen Leistungsmittelwert dar, mährend die Spannung an der Basis des Transistors 108 kurzzeitige Steigerungen oder Absenkungen des Leistungspegels ermittelt, die durch den Leiatungsschreiber 60 erfaßt werden.

Beim Arbeiten dieser Zeitableifeungsschaltung befinden sich die Transistoren 108, 110, 116 und 118 im leitenden Zustand, und der Hauptzweck der Eaitter-Folgeschaltungen besteht darin, für eine Impedanzwandlung zu sorgen, so daß den Kondensatoren 90 und 94 kein Strom entnommen wird. Die Transistoren dienen außerdem der Stromverstärkung, so daß kleine Leistungsschwankungen mit großen Stromverstärkungen ermittelt werden, um auf diese Weise die Steuerwicklungen in den Kollektorkreisen der Transistoren 110 und 118 zu erregen.

Im eingeschwungenen Zustand ist infolge des symmetrischen Aufbaus der Zeitableitungsschaltung der Stromfluß durch die Steuerwicklungen im Kollektorkreis des Transistors 110 gleich dem Strorafluß durch die Steuerwicklungen im Kollektorkreis des Transistors 118. Infolgedessen sind die Amperewindungen beispielsweise in den gegenüberliegenden Steuerwicklungen 100 und

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der bistabilen Einheit 96 einander entgegengerichtet und befindet eich die bistabile Einheit 96 im AUS-Zustand. Das gleiche gilt für die bistabile Einheit 9B.

Bei dem zuvor erwähnten Anwachsen der Leistung leitet der Kollektorkreie dee Transistors 110 mehr Strom als der Kollektorkreie des Transistors 118, wodurch in der Steuerwicklung 100 der bistabilen Einheit 96 mehr Amperewindungen erzeugt werden, so daß die bistabile Einheit 96 in den EIN-Zustand überführt wird. Da derselbe Strom durch die Steuerwicklung 104 der bistabilen Einheit 98 fließt und diese Steuerwicklung der Steuerwicklung 100 der bistabilen Einheit 96 entgegengesetzt ist, treiben die in der Steuerwicklung 104 erzeugten Amperewindungen die bistabile Einheit 9Θ weiter in den AUS-Zustand. Die bistabile Einheit 96 spricht also auf eine Leistungszunahme an. Nach einer vorgegebenen Zeitspanne, die von dem Verhältnis der Zeitkonstanten der beiden RC-Krsise abhängt, nehmen die Spannungen an den Basen der Transistoren 108 und 116 wiäder den gleichen Wert an, so daß die bistabile Einheit 96 in den AUS-Zustand zurückgestellt wird.

Bei einer Leistungsabnahme wird der verstellbare Abgriff 76 in Richtung auf das Riassepotential verschoben. Da die in den Kondensatoren 90 und 94 gespeicherten Ladungen zu einer Spannung führen, die größer als die an der Klemme 82 des Leistungsschreihers 60 anstehende Spannung ist, beginnen sich die Kondensatoren 90 und 94 über die ihnen zugeordneten Widerstände zu entladen. Wenn dies der Fall ist, entlädt sich der Kondensator 94 langsamer

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als der Kondensator 90, so daß die Spannung an der Basis des Traneistors 116 auf einem höheren ll/ert als die Spannung an der Basis des Transistors 1108 gehalten wird, mährend dieser Zeitspanne fließt Über den Kollektorkreie des Transistors 118 und die zugehörigen Steuerwicklungen 102 und 106 mehr Strom als über den Kollektorkreis des Transistors 110. Dies hat zur Folge, daß die Amperewindungen der Steuerwicklung 106 die Amperewindungen der Steuerwicklung 104 der bistabilen Einheit 98 übertreffen. Dadurch wird dia bistabile Einheit 98 in den EIN-Zuetand umgesteuert, was erkennen läßt, daß die Leistung abfällt. Die Steuerwicklung 102 treibt zugleich die bistabile Einheit 96 weiter in den AUS-Zuetand. Die Emitter der Transistoren 110 und 118 sind über die Widerstände 112 bzw. 120 mit einer negativen Gleichspannungsqueile verbunden, um sicherzustellen, daß die Basen der Transistoren 108 und 116 positiv gegenüber den Emittern bleiben, um die Transistoren unabhängig von der Leistungeanzeige am Leistungsschreiber 60 im leitenden Zustand zu halten.

Da die Strom-Zeitableitungeschaltung im wesentlichen in gleicher Weise arbeitet, wie dies oben in Verbindung mit der Leistungs— zeitableitungaschaltung erläutert ist, erübrigt sich eine ins einzelne gehende Beschreibung. Die Basis des Transistors 174 kann so ausgesteuert werden, daß ihr Potential einen langzeitigen Strommittelwert darstellt, während die Basis des Transistors ein Ansteigen oder Absinken des Stromes ermittelt und bei einem Stromanstieg die bistabile Einheit 152 erregt, während bei einen Stromabfall die bistabile Einheit 154 zum Ansprechen gebracht

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wird. Um sicherzustellen, daß dia beiden Zeitableitungsschaltungan die Leistung und den Strom zum gleichen Zeitpunkt erfassen, befindet sich in der Strom-Zeitableitungsschaltung eine Zeitverzögerungseinrichtung. Die Zeitverzögerungseinrichtung umfaßt die Kondensatoren 132 und 140 sowie die Widerstände 134, .136, 138 und 142, Die l/arzögerungszeit ist so gewählt, daß die Zeitverzögerung simuliert wird, dia normalerweise in dem Thermowandler auftritt, der auf Grund der vorhandenen Heizelemente die Leistung mißt.

Die bistabilen Einheiten 96, 98, 152 und 154 erregen bei Betätigung die entsprechenden Relaiswicklungen P., P ., I. bzw. I ., die in Figur 4 gezeigt sind, wobei die Großbuchstaben der Bezugszeichen sich auf Leistung (P) und Strom (i) beziehen, während die nachgestellten Indices Anstieg (i) ader Abfall (d) bedeuten. Es sind drei Anzeigeeinheiten 214, 216 und 218 vorgesehen, die beim Vorliegen vorbestiremter Bedingungen von einer zugeordneten Stromquelle 220 aus betätigt werden. Aus Figur 2 folgt, daß in dem mit HPF bezeichneten Bereich bei einem Ansteigen des Stromes die Leistung wächst und entsprechend Leistung und Strom gleichzeitig abnehmen. Das eine Ende der mit HPF bezeichneten Anzeigeeinheit 214 ist mit der einen von zwei Stromzuleitungen 222 verbunden, während der Stromkreis zur anderen Stromzuleitung 224 über eine von zwei parallel liegenden Strecken geschlossen werden kann. In der ersten Strecke liegen Relaiskontakte P. in Reihe mit Relaiskontakten 1^, während die zweite Strecke Relaiskontakte P^ in Reihe mit Relaiskontakten I_rf aufweist. Beide Kontaktsätze sind,

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wie veranschaulicht, normalerweise offen. Bei einem durch das Ansprechen der bistabilen Einheit 96 dargestellten Ansteigen der Leistung und einem durch das Ansprechen der bistabilen Einheit 152 dargestellten Ansteigen des Stromes, werden durch die Auagangssignale dieser bistabilen Einheiten die Relaiswicklungen P. bzw. I. erregt, so daß die zugehörigen Kontakte schließen und einen Stromkreis zur Anzeigeeinheit 214 herstellen. In entsprechender (Heise führt eine Abnahme der Leistung Wk und des Stromes zu einem Schließen der Relaiskantakte P . und I., so daß die Anzeigeeinheit 214 über die Parallelstrecke zum Ansprechen gebracht wird.

Innerhalb der mit MP bezeichneten Zone arbeitet der Lichtbogenofen mit maximaler Leistung. Dabei befinden sich die der Leistungserfassung zugeordneten bistabilen Einheiten 96 und 98 im Ruhezustand innerhalb des mittels der Vorspannungsschaltungen nach Figur 3d voreingestellten Bereichs. Das eine Ende der Anzeigeeinheit 216 ist an die Stromzuleitung 222 angeschlossen,

^r während das andere Ende der Anzeigeeinheit über Ruherelaiskontakte P ., Ruherelaiskontakte P. und entweder Arbeitsrelais-

kontakte I. oder Arbeitsrelaiskontakte I ■ mit der anderen Strom-ι d

zuleitung 224 in Verbindung steht. Bei einer solchen Anordnung führt ein Ansteigen oder Abfallen des Stromes ohne eine entsprechende Leistungsänderung zur Erregung entweder der bistabilen Einheit 152 oder der bistabilen Einheit 154, so daß die Relaiskontakte I oder I, geschlossen werden und die Anzeigeeinheit 216 anspricht. Falls jedoch eine beliebige Änderung der

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Leistung auftritt, öffnet einer der Ruherslaiskontakte und unterbricht den Stromkreis.

Innerhalb des in Figur 2 mit LPF bezeichneten Bereiches führt ein Anstieg des Stromes zu einem Absenken der Leistung und umgekehrt. Die Anzeigeeinheit 216 ist derart angeschlossen, daß dieser einem niedrigen Leistungsfaktor entsprechende Betriebszustand angezeigt wird. Das eine Ende der Anzeigeeinheit 218 ist an die Stromzuleitung 222 angeschlossen, während das andere W Ende der Anzeigeeinheit entweder über Arbeitsrelaiskontakte I. und Arbeitsrelaiskontakte P . oder über Arbeitsrelaiskontakte I .

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und Arbeitsrelaiskontakte P. mit der Stromzuleitung 224 verbunden ist. Bei einem Leistungsanstieg, der zu einem entsprechenden Abfallen des Stromes führt, werden die bistabilen Einheiten 96 und 154 erregt, wodurch die entsprechenden Relaiswicklungen P. und I. zum Ansprechen gebracht werden und den einen Erregerstromkreis für die Anzeigeeinheit 218 schließen. Wenn umgekehrt die Leistung abnimmt und der Strom zunimmt, werden die bistabilen M Einheiten 98 und 152 erregt und sprechen die zugehörigen Relaiswicklungen P₀J und I^ an, so daß die zugehörigen Kontakte schließen und der andere Erregerstromkreis für die Anzeigeeinheit 218 hergestellt wird.

Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, daß mit der Erfindung eine Einrichtung geschaffen wird, die es erlaubt, festzustellen, in welchem von mehreren vorbestimmten Bereichen der Lichtbogen-

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ofen arbeitet, ohne daß die tatsächlichen Betriebsdaten des Ofens bekannt sein müssen. Das Ausgangssignal der Entschlüsse— lungematrix nach Figur 4 kann dazu benutzt werden, eine Anzeige zu erhalten oder die Stellung der Elektrode einzustellen.

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Claims (6)

1b9Üb49 Patentansprüche

1. Einrichtung zur Bestimmung des Betriebszustandes eines

elektrischen Lichtbogenofens, dessen Schraelzleistung mit M

wachsendem Lichtbogenstrom bis zu einen Höchstwert ansteigt und dann wieder abfällt, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (38), die ein der Lichtbogenleistung proportionales Signal erzeugt, eine zweite Einrichtung (40), die ein dem Lichtbogenstrom proportionales Signal erzeugt, eine in Abhängigkeit von der ersten Einrichtung arbeitende Leistunge-Zeitableitungseinrichtung (42), die eines von zwei einander ausschließenden Signalen entsprechend dem Anstieg oder der Abnahme der Leistung erzeugt, eine in Abhängigkeit von der

zweiten Einrichtung arbeitende Strom-Zeitableitungseinrichtung ^Ί (44), die eines von zwei einander ausschließenden Signalen entsprechend dem Anstieg oder der Abnahme des Lichtbogenstrones erzeugt, und eins in Abhängigkeit von der Leistungs-Zeitableitungeeinrichtung und der Strora-Zeitableitungseinrichtung arbeitende Einrichtung (46,48), die eine Anzeige für den Arbeitspunkt des Lichtbogenofens (10) liefert.

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2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste oder die zweite Einrichtung (38,40) mit einer Zeitverzögerungeeinrichtung (132 bis 142) versehen ist, die dafür sorgt, daß beiden Zeitableitungseinrichtung (42,44) in Phase befindliche Signale zugeführt werden.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungseinrichtung (132 bis 142) einen Teil

■^ der zweiten Einrichtung (40) bildet.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungs-Zeitableituhgseinrichtung (42) und die Strom-Zeitableitungseinrichtung (44) jeweils bistabile Einrichtungen (96, 98, 152, 154) aufweisen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Einrichtungen (96, 98, 152, 154) ein erstes oder ein zweites Relais (P., P., I., I.) aufweisen, das in

ψ Abhängigkeit von dem Ansteigen oder Abfallen des zugeführten Eingangssignals erregt wird.

6. Einrichtung zur Bestimmung des Betriebszustandes eines elektrischen Lichtbogenofens, dessen Schraelzleistung mit wachsendem Lichtbogenstrom bis zu einen Höchstwert ansteigt und dann wieder abfällt, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung (96), die bei zunehmender Zeitableitung der

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Leistung ein Signal erzeugt, eine zweite Einrichtung (98), die bei abnehmender Zeitablsitung der Leistung ein Signal erzeugt, eine dritte Einrichtung (152), die bei zunehmender Zeitableitung des Stromes ein Signal erzeugt, eine vierte Einrichtung (154), die bei abnehmender Zeitableitung des Stromes ein Signal erzeugt, und eine Einrichtung (46,4B), die in Abhängigkeit von mindestens einem Signal der ersten, zweiten, dritten und vierten Einrichtung eine Anzeige für den Arbeitspunkt des Lichtbogenofens (10) liefert.

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